探索光纤环形腔半导体激光器的研究

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1、西南交通大学博士学位论文光纤环形腔半导体激光器的研究姓名：潘炜申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：陈建国2000.1.1西南交通大学博士学位论文摘要本文围绕光纤环形腔半导体激光器(FRSLs)进行了较为系统的理论和实验研究。提出利用半导体光放大器(SOA)作为核心器件，并配合尾纤式机械调谐带通滤波器作为选模元件，通过在线光纤耦合器、隔离器和单模光纤等构成外腔式可调谐FRSLs的设计方案。针对这种结构的特点，首先，从理论上建立了FRSLs的物理模型，考虑到行波式半导体光放大器增益谱特性，引入Lorentz型波长修正项，得到适用于FRSL

2、s的单模行波速率方程，继而通过求解方程，推出了光子流密度分布的解析表达式。该结果为研究FRSLs的稳态和动态特性奠定了理论基础。其次，从选模方式、器件参数(耦合分光比、耦合效率和端面剩余反射率)、光纤环形腔的总损耗入手，对FRSLs的性能进行了定量分析。着重讨论了激射阈值、调谐范围、外量子效率、边模抑制比、输出功率和瞬态响应等与器件参数之间的依赖关系。通过引入优化因子，确定了最佳耦合分光比，兼顾到波长调谐范围、输出功率等物理参量，使FRSLs的调谐输出特性得到了优化。／结合现有的实验条件，组建了FRSLs的实验装置及相应的测试系统。洱Ⅱ用计算机程控，

3、分别对FRSLs的输出特性和动态调谐特性进行了较为仔细的实验研究，确立了FRSLs各重要物理量与器件参数之间的关系，并对理论预言和分析结果进行了验证。在国内首次实现高重复率下的动态单纵模调谐，得到稳定的单频光脉冲输出。采用射频电流直接调制，获得了重复频率高于IGHz、半值全宽度低于lOOps、调谐范围大于36nm的短光脉冲列毒根据实一，验结果，探讨了进一步拓宽调谐范围、提高光脉冲的重复频率和降低脉冲宽／度的途径，为改善FRSLs的性能指标提供了充分的实验依据。侗时，这些分、析与结果对相关结构类型的激光器设计也具有一定的参考价值；扎关键词：光纤环形腔半

4、导体激光器，调谐，速率方程，半导体光放大器IVABSTRACTInthiswork，wehavedemonstratedanovelapproachtoachievesinglefrequency，widelytunablesemiconductorlaseroscillation．Oneappropriatecandidatefortherequirementwouldbeafiberringsemiconductorlasers(FRSLs)inthecategoryofexternalcavitylaserswithasemiconductor

5、gainmediumandanexternalcavityItconsistsofatraveling—wavesemiconductoropticalamplifier，awavelengthselectingelement，anopticalcouplerandin—lineopticalisolators．AllofthecomponentsinthesetuparefiberpigtailedandcommerciallyavailableWehavesolvedthewavelength—dependentrateequationappli

6、cabletotheFRSLs．Ananalyticalexpressionforposition-dependentphotonfluxinFRSLsisdeduced．Dependencebetweenthetunableoutputpoweranddeviceparameterswasinvestigatedusingtherateequations．WealsobrieflydiscussedtheprincipleofmodeselectivityinFRSLs．Theanalysisconfirmsthatthereisalloptimu

7、mcouplersplittingratiototradeoffbetweenwavelengthtuningrangeandoutputpower．Toselectanappropriatesplittingratioforoptimizationoftunableoutputpowercharacteristics，weintroducedaparameterthatissimpleandcanbeusedtodesignaFRSLs．Wefirstcharacterizedthelaseritself,Theemittedpowerwasmea

8、suredfordifferentcouplersplittingratio．Thetuningrangeo